Linux内核设计与实现--学习笔记--第三章- 1(task_struct等）

1，Linux系统的线程非常特别，他对线程与进程并不特别区分。对Linux而言，线程是一种特殊的进程。

2，在Linux系统中，调用fork（）创建进程，该系统调用通过复制一个现有进程来创建一个全新的进程，调用fork（）的进程称为父进程，新生的进程称为子进程，在调用结束时，在返回点这个位置上，父进程恢复执行，子进程开始执行，fork（）系统调用从内核返回两次：一次回到父进程，一次回到新生的子进程。

3，在OSE系统（ENEA公司出品，该公司成立于1968年，总部位于瑞典斯得哥尔摩，与爱立信共同成长）中，PCB与进程栈在内存中是相邻的，PCB在低地址处，进程栈（从高向低地址增长）在紧接着PCB的高地址存放（PCB+栈：在systemPool中分配）。而在Linux系统中并不直接存储PCB，取代PCB的是一个小的结构体：struct
thread_info, 这个结构中并没有直接包含与进程相关的字段，而是通过task字段指向具体某个进程描述符（struct task_struct），这是因为现在用slab分配器动态生成task_struct（通过预先分配或重复使用task_struct，优点是进程创建迅速），所以只需在栈定（栈的低地址处）创建一个struct thread_info结构体，并指向task_struct。通过下图可知内核的栈（真正的栈）顶指针存储在esp寄存器中。

\include\asm-x86_64：
struct thread_info {
struct task_struct	*task;		/* main task structure */
struct exec_domain	*exec_domain;	/* execution domain */
__u32			flags;		/* low level flags */
__u32			status;		/* thread synchronous flags */
__u32			cpu;		/* current CPU */
int 			preempt_count;

mm_segment_t		addr_limit;
struct restart_block    restart_block;
};

<em><span style="font-family:FangSong_GB2312;font-size:14px;">/**
* 内核栈与thread_info 是个联合体， 在\include\linux\sched.h中定义
*/
union thread_union {
struct thread_info thread_info;
unsigned long stack[THREAD_SIZE/sizeof(long)];
};</span></em>

如在i386处理器中：

#ifdef CONFIG_4KSTACKS

#define THREAD_SIZE (4096)

#else

#define THREAD_SIZE (8192)

#endif

即内核stack数组大小为2048，如果THREAD_SIZE = 8192。

由于thread_union是联合体，我们可知stack[0]的地址与thread_info地址相同，也就是说每个thread的thread_info保存在进程内核栈的最低端（这与OSE系统不一样，OSE系统的PCB与栈是分开的，PCB并不占用栈的空间）

4，内核访问进程需要获取进程的task_struct,通过current宏可以得到当前正在运行的进程的进程描述符，硬件体系结构不同，该宏的实现也不同，有的硬件体系结构可以用专门的寄存器存放指向task_struct的指针，但像x86，其寄存器并不富裕，只能通过栈尾端的thread_info结构，计算偏移得到task_struct。对于i386（32位
x86）的current_thread_info定义如下：

<span style="font-size:14px;"><em>\include\asm-i386\thread_info.h
static inline struct thread_info *current_thread_info(void)
{
struct thread_info *ti;
__asm__("andl %%esp,%0; ":"=r" (ti) : "0" (~(THREAD_SIZE - 1)));
return ti;
}</em></span>

上述代码，如果THREAD_SIZE=8192,则~(THREAD_SIZE - 1)=0xE000，即低13位为0，这样esp寄存器的LSB 13bit被清零，得到了内核堆栈thread_info结构的地址。

current_thread_info()->task就得到了进程task_struct。

通过current宏可以直接得到task_struck：

<span style="font-size:14px;">#ifndef _I386_CURRENT_H    \include\asm-i386
#define _I386_CURRENT_H

#include <linux/thread_info.h>

struct task_struct;

static inline struct task_struct * get_current(void)
{
return current_thread_info()->task;
}

#define current get_current()

#endif /* !(_I386_CURRENT_H) */</span><span style="font-size: 18px;">
</span>

5，OSE系统怎么得到current_process？

<span style="font-size:14px;">PROCESS current_process(void)
{
D_DIV( debug_printf("current_process *\n"); );
return odo_sys.current->pid;
}
</span>

对于多核处理器系统，OSE在每个CPU都维护一个结构：odo_sys，odo_sys.current就是当前正在运行进程的PCB。